KR100952789B1 - The centrifugal turbomachine and the method of calculating inpeller remaining life - Google Patents

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Abstract

원심식 터보 기계는 임펠러와 임펠러의 속도와 관련된 속도를 검출하도록 배치된 속도 센서를 포함한다. 온도 센서는 임펠러 출구 온도와 관련된 온도를 검출하도록 배치된다. 제어 시스템은 임펠러 속도 및 출구 온도를 포함하는 임펠러 파라미터를 구비한다. 계산 방법론이 임펠러의 잔류 수명을 결정하도록 임펠러 파라미터를 수학적으로 처리하는데 사용된다. 경고 표시와 같은 프로그램된 응답이 한계치에 도달하는 잔류 수명에 대응하여 제어 시스템에 의해 유발된다. 제어 시스템은 임펠러의 속도 및 온도를 모니터한다. 제어 시스템은 속도 및 온도에 기초하여 잔류 수명을 반복으로 계산한다. 일례로서, 잔류 수명에서의 변화는 임펠러에 대한 내구 강도를 초과하는 임펠러 응력을 초래하는 속도에서의 변화에 대응하여 계산된다.The centrifugal turbo machine includes an impeller and a speed sensor arranged to detect a speed related to the speed of the impeller. The temperature sensor is arranged to detect the temperature associated with the impeller outlet temperature. The control system has impeller parameters including impeller speed and outlet temperature. Calculation methodology is used to mathematically process the impeller parameters to determine the residual life of the impeller. A programmed response, such as a warning indication, is triggered by the control system in response to the remaining life reaching the limit. The control system monitors the speed and temperature of the impeller. The control system repeatedly calculates the residual life based on speed and temperature. As an example, the change in residual life is calculated corresponding to the change in speed that results in an impeller stress exceeding the endurance strength for the impeller.

임펠러, 속도 센서, 온도 센서, 제어 시스템, 잔류 수명, 내구 강도 Impeller, speed sensor, temperature sensor, control system, residual life, durability

Description

원심식 터보 기계 및 임펠러 잔류 수명 계산 방법{THE CENTRIFUGAL TURBOMACHINE AND THE METHOD OF CALCULATING INPELLER REMAINING LIFE}Centrifugal Turbo Machine and Impeller Residual Life Calculation Method {THE CENTRIFUGAL TURBOMACHINE AND THE METHOD OF CALCULATING INPELLER REMAINING LIFE}

본 발명은 원심식 터보 기계 임펠러의 잔류 수명을 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 원심 터보 기계는 하나 이상의 펌프, 터빈 또는 압축기 임펠러를 포함할 수도 있다.The present invention relates to systems and methods for determining the residual life of centrifugal turbomachinery impellers. The centrifugal turbo machine may comprise one or more pump, turbine or compressor impellers.

원심 터보 기계는 최상의 공기역학 성능을 위한 높은 샤프트 속도로 작동하는 것이 전형적이다. 설계 속도에서 최고 응력은 알루미늄 합금과 같이 이러한 응용예에서 전형적으로 사용된 재료의 항복 강도에 가깝다. 일반적으로, 이것은 작동 응력이 안정된다면, 예를 들어 고정 속도라면 수용될 수 있다.Centrifugal turbomachines typically operate at high shaft speeds for best aerodynamic performance. The peak stress at design speed is close to the yield strength of the materials typically used in such applications, such as aluminum alloys. In general, this can be accommodated if the working stress is stable, for example at a fixed speed.

터보 기계 장비는 고정 속도에서 비교적 안정된 모드로 또는 가변 속도로 작동되도록 예상될 수 있다. 가변 속도 적용의 예는 최대 압력을 생성시켜야만 하고 이어서 에너지를 절감하기 위해 정지하거나 저속에서 완속 모드로 복귀해야만 하는 공기 압축기이다. 전형적인 완속 속도는 설계 속도의 30%이며, 동력은 최대 동력의 3%로 감소된다. 임펠러 내의 응력은 속도의 제곱에 의해 변화한다.The turbomachinery can be expected to operate in a relatively stable mode at a fixed speed or at a variable speed. An example of a variable speed application is an air compressor that must generate maximum pressure and then stop or return to slow mode at low speed to save energy. Typical slow speed is 30% of design speed and power is reduced to 3% of maximum power. The stress in the impeller changes with the square of the velocity.

많은 시작 및 정지 사이클 또는 속도에서의 임의의 일탈(excursion)을 조건으로 할 때, 재료는 피로에 의해 열화되고 파손될 수 있다. 수명 곡선은 최대 응 력으로 나눈 최소 응력으로 정의되는 응력비의 함수이다. 평균 응력은 최대 응력 및 최소 응력의 평균이다. 소정 응력 사이클에 대한 진폭은 최대 응력과 최소 응력과의 차이를 2로 나눈 것이다. 또한, 재료 강도는 온도 증가에 비례하여 감소한다. 충분한 사이클이 누적되면, 재료는 최고 응력 위치에서 균열을 일으키고 원심 하중으로부터의 높은 평균 응력으로 인해 격변적으로 파손된다. 실제로, 속도는 응용예에 따라 어느 정도 임의의 특성으로 임의의 최소값으로부터 최대값까지 순환할 수 있다. 격변적인 파손이 일어날 때를 알맞은 정밀도로 예견하는 것이 바람직하다.Given the many start and stop cycles or any excursions in speed, the material may be degraded and broken by fatigue. The life curve is a function of the stress ratio defined by the minimum stress divided by the maximum stress. Average stress is the average of the maximum and minimum stresses. The amplitude for a given stress cycle is the difference between the maximum and minimum stress divided by two. In addition, the material strength decreases in proportion to the temperature increase. If enough cycles accumulate, the material cracks at the highest stress location and catastrophically breaks due to the high average stress from the centrifugal load. In practice, the speed may cycle from any minimum to maximum with some characteristic, depending on the application. It is desirable to anticipate with reasonable precision when catastrophic failure occurs.

본 발명은 하나 이상의 임펠러를 포함하는 원심식 터보 기계에 관한 것이다. 속도 센서는 임펠러 회전 속도와 관련된 속도를 검출하도록 배치된다. 온도 센서는 임펠러 출구 온도와 관련된 온도를 검출하도록 배치된다. 제어 시스템은 임펠러 속도 및 출구 온도를 포함하는 임펠러 파라미터를 구비한다. 계산 방법론이 임펠러의 잔류 수명을 결정하도록 임펠러 파라미터를 수학적으로 처리하는데 사용된다. 경고 표시와 같은 프로그램된 응답이 한계치에 도달하는 잔류 수명에 대응하여 제어 시스템에 의해 유발된다.The present invention relates to a centrifugal turbo machine comprising one or more impellers. The speed sensor is arranged to detect the speed associated with the impeller rotational speed. The temperature sensor is arranged to detect the temperature associated with the impeller outlet temperature. The control system has impeller parameters including impeller speed and outlet temperature. Calculation methodology is used to mathematically process the impeller parameters to determine the residual life of the impeller. A programmed response, such as a warning indication, is triggered by the control system in response to the remaining life reaching the limit.

작동 시에 제어 시스템은 임펠러의 속도 및 온도를 모니터한다. 제어 시스템은 속도 및 온도에 기초하여 잔류 수명을 반복하여 계산한다. 일례로서, 잔류 수명에서의 변화는 임펠러에 대한 내구 강도를 초과하는 임펠러 응력을 초래하는 속도에서의 변화에 대응하여 계산된다.In operation, the control system monitors the speed and temperature of the impeller. The control system calculates the residual life repeatedly based on speed and temperature. As an example, the change in residual life is calculated corresponding to the change in speed that results in an impeller stress exceeding the endurance strength for the impeller.

본 발명의 이들 및 다른 특징들은 이하의 명세서 및 도면으로부터 가장 잘 이해될 수 있고, 다음은 도면의 간단한 설명이다.These and other features of the present invention can be best understood from the following specification and drawings, the following of which is a brief description of the drawings.

도1은 본 발명의 잔류 수명 제어 시스템을 구비하는 원심식 터보 기계의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a centrifugal turbomachine equipped with a residual life control system of the present invention.

도2는 임펠러 속도의 함수에 따른 한정 요소 분석으로부터 얻어진 최대 임펠러 응력을 도시하는 도표이다.2 is a plot showing the maximum impeller stress obtained from confining element analysis as a function of impeller speed.

도3은 온도 및 응력비의 함수에 따른 피로 수명에 대한 임펠러 재료의 피로 응력의 도표이다.3 is a plot of fatigue stress of an impeller material versus fatigue life as a function of temperature and stress ratio.

도4는 변형된 굿맨(Goodman) 개략도로 도시된 수명 계산법이다.4 is a life calculation method shown in a modified Goodman schematic.

도5는 임펠러의 잔류 수명을 결정하기 위한 본 발명의 방법론을 대체로 도시하는 흐름도.5 is a flow diagram generally depicting the methodology of the present invention for determining the residual life of an impeller.

원심 터보 기계(10)는 도1에 개략적으로 도시되어 있다. 터보 기계(10)는 당업계에 주지된 바와 같이 회전자 샤프트(rotor shaft, 14)를 구동하는 고정자(stator)(12)를 포함한다. 임펠러(16)는 샤프트(14) 상에 장착된다. 임펠러(16)는 유체를 입구(18)로부터 출구(20)로 이송한다.Centrifugal turbo machine 10 is schematically shown in FIG. The turbo machine 10 includes a stator 12 that drives a rotor shaft 14 as is well known in the art. The impeller 16 is mounted on the shaft 14. Impeller 16 transfers fluid from inlet 18 to outlet 20.

본 발명의 원심 터보 기계(10)는 임펠러(16)의 속도를 검출하기 위한 속도 센서(22)를 포함한다. 속도 센서(22)는 임펠러(16)의 회전 속도를 직접적으로 또는 간접적으로 검출한다. 온도 센서(24)는 임펠러(16)와 관련된 출구 온도를 검출 하도록 배치된다. 도시된 예에서, 온도 센서(24)는 임펠러(16)의 출구 부근에 배치된다.The centrifugal turbo machine 10 of the present invention includes a speed sensor 22 for detecting the speed of the impeller 16. The speed sensor 22 detects the rotational speed of the impeller 16 directly or indirectly. The temperature sensor 24 is arranged to detect the outlet temperature associated with the impeller 16. In the example shown, the temperature sensor 24 is disposed near the outlet of the impeller 16.

제어 시스템은 속도 센서(22) 및 온도 센서(24)와 연통하는 제어기(26)를 포함한다. 제어기(26)는 다른 변환기와 연통할 수도 있다. 추가적으로, 제어기(26)는 임펠러의 재료 특성 및 임펠러의 응력 특성에 관련된 것들과 같은 다른 임펠러 파라미터들을 수용하고 저장할 수도 있다. 응력 특성은 임펠러(16)의 한정 요소 분석 모델 및/또는 표로부터의 출력치로서 제공될 수도 있다.The control system includes a controller 26 in communication with the speed sensor 22 and the temperature sensor 24. The controller 26 may be in communication with another transducer. Additionally, the controller 26 may accept and store other impeller parameters such as those related to the material properties of the impeller and the stress properties of the impeller. The stress characteristic may be provided as output from a confined element analysis model and / or table of the impeller 16.

응력 특성은 속도의 함수에 따른 최대 임펠러 응력, 온도의 함수에 따른 피로 강도, 응력비, 피로 파손에 대한 사이클, 및 피로 강도 변경 인자를 포함할 수도 있다. 응력 특성은 당업계에 주지된 바와 같이 순람표(lookup table) 또는 임의의 다른 적합한 수단의 일부분으로 제공될 수도 있다. 피로 강도 변경 인자는 임펠러의 표면 마무리, 임펠러의 특정 형태의 크기, 임펠러의 특정한 영역 상의 하중 및 임펠러의 온도에 관련되는 정보를 포함할 수도 있다. 임펠러 파라미터는 경험적으로 또는 수학적으로 결정될 수도 있다.The stress characteristics may include maximum impeller stress as a function of speed, fatigue strength as a function of temperature, stress ratio, cycle to fatigue failure, and fatigue strength changing factors. The stress characteristic may be provided as part of a lookup table or any other suitable means as is well known in the art. The fatigue strength modifying factors may include information related to the surface finish of the impeller, the size of the particular shape of the impeller, the load on specific areas of the impeller, and the temperature of the impeller. The impeller parameters may be determined empirically or mathematically.

도1에 도시된 예시의 원심식 터보 기계에 대하여, 설계 속도는 58,000 rpm이다. 높은 속도는 최대 작동 조건에서 항복 부근의 임펠러 응력을 초래한다. 속도의 함수에 따른 응력은 초과 항복의 지점까지 도2에 도시되어 있다. 분석으로부터 알 수 있는 바와 같이, 그것은 알루미늄 합금으로 되어 있고, 최고 응력은 항복 강도에 근접한다.For the example centrifugal turbo machine shown in FIG. 1, the design speed is 58,000 rpm. High velocity results in impeller stress near yield at maximum operating conditions. The stress as a function of speed is shown in Figure 2 up to the point of excess yield. As can be seen from the analysis, it is made of aluminum alloy and the peak stress is close to the yield strength.

응력 변동 및 피로 수명 사이클의 함수에 따른 통상의 알루미늄 합금의 강도 의 손실은 소정 온도에 대하여 도3에서 도시되어 있다. 수명 계산은 도4에 도시되어 있는 변경된 굿맨 개략도 상에 대체로 개시되어 있다. 이러한 분석과 함께, 최소-최대 작동 속도 및 온도가 주어지면, 임펠러가 파손 이전에 견딜 수 있는 응력 사이클의 수를 추정할 수 있으며, 또는 시간당 시작-정지 사이클의 수가 주어지면 허용 가능한 작동 시간을 추정할 수 있다. 본 발명은 임펠러의 임의의 속도 일탈로 인한 수명에서의 감소를 계산하는데 유용하다. 여러 가지의 계산 방법론이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 계산은 팜그렌-마이너 사이클-비율 합산법(Palmgren-Miner cycle-ratio summation method) 또는 맨슨의 접근 방안(Manson's approach)에 기초하여 이루어질 수도 있다. 이들 방법론들은 당업계에 주지되어 있다.The loss of strength of a typical aluminum alloy as a function of stress variation and fatigue life cycle is shown in FIG. 3 for a given temperature. Life calculations are generally disclosed on the modified Goodman schematic diagram shown in FIG. With this analysis, given the minimum-maximum operating speed and temperature, it is possible to estimate the number of stress cycles the impeller can withstand before failure, or the allowable operating time given the number of start-stop cycles per hour. can do. The present invention is useful for calculating the reduction in life due to any speed deviation of the impeller. Various calculation methodologies may be used. For example, the calculation may be based on the Palmgren-Miner cycle-ratio summation method or Manson's approach. These methodologies are well known in the art.

연속적으로 모니터하는 것이 바람직한 파라미터는 임펠러 속도 및 임펠러 출구 온도이다. 최대 임펠러 응력은 도2에서 지시되어 있는, 예를 들어, 속도 함수와 같은, 한정 요소 분석으로부터 결정된다. 임펠러의 재료 특성, 특히 도3에 도시된 바와 같이 온도, 응력비 및 파손까지의 사이클의 함수에 따른 피로 응력이 사용된다. 도3을 참조하면, 응력비 0%는 시작-정지 사이클을 나타내는 반면에 10%는 설계 속도의 30%까지의 속도 일탈의 예로서 나타낸다. 도3은 대응하는 이용 가능한 재료 강도 및 파손까지의 사이클을 나타낸다. Preferred parameters for continuous monitoring are the impeller speed and the impeller exit temperature. The maximum impeller stress is determined from the finite element analysis, as indicated in FIG. 2, for example, a speed function. The material properties of the impeller, in particular the fatigue stress as a function of temperature, stress ratio and cycle to failure as shown in FIG. 3 are used. Referring to Fig. 3, the stress ratio 0% represents the start-stop cycle while 10% is shown as an example of speed deviation up to 30% of the design speed. 3 shows the corresponding available material strength and cycles to failure.

모니터된 데이터, 및 임펠러 응력 특성, 재료 특성 및 계산 방법론은 제어기(26) 내로 프로그램될 수도 있고 원심식 터보 기계(10)에 대한 제어 시스템의 일부로서 포함될 수도 있다. 일례로서, 계산의 결과는 누적된 사이클이 경고 제한치 또는 파손 이전에 허용 가능한 사이클의 수에 근접하는 경우에 가시적 또는 청각적 경보와 같은 경고 표시를 유발하도록 사용된다. 허용 가능한 사이클은 전형적으로 특정한 응용예에 적합한 소정의 안정 인자를 이용하여 달성된다. Monitored data, and impeller stress characteristics, material characteristics, and calculation methodology may be programmed into the controller 26 and included as part of the control system for the centrifugal turbo machine 10. As an example, the result of the calculation is used to cause a warning indication, such as a visual or audio alarm, when the cumulative cycle approaches a warning limit or the number of cycles that are acceptable before failure. Acceptable cycles are typically achieved using certain stability factors suitable for the particular application.

경보 경고는, 일 퍼센트와 같이, 경보 한계치보다 작게 설정될 수도 있다. 경보 한계치에 도달하면, 제어 시스템은 유닛이 중단 및 임펠러 교체를 위해 계획될 수 있을 때까지 속도 일탈을 막을 수 있다. 이러한 접근 방안은 속도 일탈을 방지하는 것이 임펠러에 대한 누적되는 피해를 방지하기 때문에 취해진다.The alert alert may be set below the alert threshold, such as one percent. Once the alarm limit is reached, the control system can prevent speed deviations until the unit can be scheduled for shutdown and impeller replacement. This approach is taken because preventing the speed deviation prevents the cumulative damage to the impeller.

경보 제한치에 도달하면, 유닛은 임펠러 교체를 위해 중단된다. 대안적으로, 유닛은 중단이 편리하게 계획될 수 있을 때까지 임의의 변동 응력을 회피하기 위해서 최대 속도에서 연속적으로 작동하도록 허용될 수도 있다. 이러한 방식으로, 고객은 실제 파손 이전에 임펠러를 교체하도록 사전에 경고받을 수 있다.When the alarm limit is reached, the unit is stopped for impeller replacement. Alternatively, the unit may be allowed to operate continuously at full speed to avoid any fluctuating stresses until interruptions can be conveniently planned. In this way, the customer can be warned in advance to replace the impeller before the actual breakage.

작동 시에, 도5에 도시된 예와 유사한 방법론이 잔류 임펠러 수명을 결정하도록 사용될 수도 있다. 방법(30)은 블록(32)에서 보여준 임펠러에 대한 최대 설계 응력을 결정하는 단계를 포함한다. 최대 설계 응력이 한정 요소 분석을 이용하여 제공될 수도 있다. 임펠러 속도 및 온도는 블록(34)으로 지시된 바와 같이 센서(22, 24)를 이용하여 모니터된다. 속도 및 평균 온도에서의 변화가 계산된다. 시작-정지 사이클 및 임의의 속도 일탈은 임펠러의 피로 수명에 부정적인 영향을 주는 속도에서의 변화를 초래한다. 본 발명의 방법은 속도에서의 변화에 의해 야기된 피로 수명에서의 감소를 정량화한다.In operation, a methodology similar to the example shown in FIG. 5 may be used to determine the residual impeller life. The method 30 includes determining a maximum design stress for the impeller shown at block 32. Maximum design stress may be provided using finite element analysis. Impeller speed and temperature are monitored using sensors 22, 24 as indicated by block 34. Changes in speed and average temperature are calculated. Start-stop cycles and any speed deviations result in a change in speed that negatively affects the fatigue life of the impeller. The method of the present invention quantifies the reduction in fatigue life caused by the change in speed.

속도에서의 변화에 대한 결과적인 응력은 임펠러의 무한 수명을 위해 응력이 내구 강도를 초과하는지를 결정하도록 블록(36)에서 계산된다. 만약 응력이 내구 강도를 초과한다면, 블록(38)에서 지시된 바와 같이, 이어서 임펠러의 수명에서의 감소가 계산된다. 일례의 계산 방법론에서, 속도에서의 변화에 의해 생성된 응력 사이클에 대응하는 사이클의 수(Nf)가 계산된다. Nf는 최대 속도(N1) 및 응력비(rS)의 함수가 될 것이다.The resulting stress for the change in speed is calculated at block 36 to determine if the stress exceeds the endurance strength for the infinite life of the impeller. If the stress exceeds the endurance strength, then as indicated at block 38, the reduction in the life of the impeller is then calculated. In an example calculation methodology, the number N f of cycles corresponding to the stress cycles created by the change in velocity is calculated. N f will be a function of the maximum velocity N 1 and the stress ratio r S.

Figure 112007072974819-pct00001
Figure 112007072974819-pct00001

Nf가 응력비(rS)의 함수임을 주목한다.Note that N f is a function of the stress ratio r S.

rS = 최소 응력 ÷ 최대 응력r S = minimum stress ÷ maximum stress

[0001] 또는 응력이 속도의 제곱에 비례하여 변화되는 경우에Or in the case where the stress is changed in proportion to the square of the velocity

rS = (N2 ÷ N1)2 r S = (N 2 ÷ N 1 ) 2

만약 회전 속도가 시간에 따라 모니터된다면, 응력 사이클의 누적은 계산될 수 있고, 블록(38)에서 지시된 바와 같이 잔류 수명이 추정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 응력 사이클에 대하여, 변화 가능한 수명에 대한 초기의 값, L =0으로 시작하면, If the rotational speed is monitored over time, the accumulation of stress cycles can be calculated and the residual life can be estimated as indicated in block 38. For example, for each stress cycle, starting with the initial value for variable life, L = 0,

Figure 112007072974819-pct00002
Figure 112007072974819-pct00002

시간의 임의의 지점에서, L은 임펠러에 의해 사용되는 예상 수명의 일부이다.At any point in time, L is part of the expected life used by the impeller.

일례로서, 전형적인 하루의 작동은 정지로부터 60,000 rpm의 최대 속도까지 등가속하는 단계와, 그 최대 속도와 20,000 rpm의 최소 속도 사이에서 총 4번 왕복하는 단계와, 정지로 되돌아가는 단계로 구성된다. 온도는 대기 온도에서 시작하여 최대 300℉(149℃)까지 올라간다. 피로 강도 변경 인자는,As an example, a typical daily operation consists of a step of equal acceleration from stop to a maximum speed of 60,000 rpm, a total of four round trips between the maximum speed and a minimum speed of 20,000 rpm, and a return to stop. The temperature starts at ambient temperature and rises up to 300 ° F (149 ° C). Fatigue strength change factor,

표면, Ka = 0.900 (기계 가공된 표면)Surface, K a = 0.900 (machined surface)

크기, Kb = 0.856 [직경 = 2.9997 cm(1.181 인치)]Size, K b = 0.856 [Diameter = 2.9997 cm (1.181 inches)]

하중, Kc = 1.0Load, K c = 1.0

온도, Kd = 1.098 - 1.25116*T(℉), 알루미늄 합금 7050-T351Temperature, K d = 1.098-1.25116 * T (℉), aluminum alloy 7050-T351

[여기서, Kd = ST/SRT, 및[Wherein K d = S T / S RT , and

ST = 작동 온도에서의 강도, TS T = strength at operating temperature, T

SRT = 실온에서의 강도]S RT = intensity at room temperature]

아래의 표는 수명 계산의 결과를 보여준다.The table below shows the results of life calculations.

Figure 112007072974819-pct00003
Figure 112007072974819-pct00003

하루 작동의 종료 시점에서, 누적 L 값은 예상 수명의 0.072%가 소비되었음을 표시하고, 전형적이라면, 또 다른 1/0.000720 = 1389 일 = 3.8 년이 예상될 것이다.At the end of the daily run, the cumulative L value indicates that 0.072% of the expected life has been consumed, and if typical, another 1 / 0.000720 = 1389 days = 3.8 years would be expected.

잔류 수명이 한계치에 도달할 때, 제어기(26)는 블록(42)에서 지시된 바와 같이 가시적 및/또는 청각적 경고를 포함할 수도 있는 경고 표시를 작동할 수도 있다. 대안적으로, 잔류 수명은 서비스 퍼스널(service personal)에 의해 주기적으로 점검되도록 접근 가능한 방식으로 간단히 저장되거나 디스플레이될 수도 있다. 이어서, 서비스 퍼스널은 블록(44)에 지시된 바와 같이 파손되기 전에 임펠러를 교체할 수도 있다. 방법(30)은 속도에서의 변화로 인한 임펠러의 수명에서의 후속적인 감소를 계산하도록 반복하여 반복된다.When the residual life reaches a threshold, the controller 26 may actuate a warning indication, which may include a visual and / or audio warning, as indicated at block 42. Alternatively, the residual life may simply be stored or displayed in an accessible manner to be checked periodically by a service personal. The service person may then replace the impeller before breaking as indicated in block 44. The method 30 is repeated repeatedly to calculate the subsequent reduction in the life of the impeller due to the change in speed.

본 발명의 양호한 실시예가 개시되었지만, 당업자라면 임의의 변형이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 이러한 이유로, 다음의 청구범 위는 본 발명의 진정한 범위 및 내용을 결정하도록 검토되어야 한다.While preferred embodiments of the invention have been disclosed, those skilled in the art will recognize that any modifications may be made within the scope of the invention. For this reason, the following claims should be examined to determine the true scope and content of this invention.

Claims (19)

임펠러와,With the impeller, 임펠러 속도와 관련된 속도를 검출하도록 배치된 속도 센서와,A speed sensor arranged to detect a speed related to the impeller speed, 임펠러 출구 온도와 관련된 온도를 검출하도록 배치된 온도 센서와,A temperature sensor arranged to detect a temperature associated with the impeller outlet temperature; 상기 임펠러 속도 및 상기 임펠러 출구 온도를 포함하는 임펠러 파라미터, 상기 임펠러의 잔류 수명을 결정하도록 상기 임펠러 파라미터를 수학적으로 처리하는 계산 방법론, 및 한계치에 도달하는 잔류 수명에 대응하는 응답을 구비하는 제어 시스템을 포함하며,A control system having an impeller parameter comprising the impeller speed and the impeller outlet temperature, a calculation methodology for mathematically processing the impeller parameter to determine the residual life of the impeller, and a response corresponding to the residual life reaching a threshold value; Include, 상기 응답은 상기 제어 시스템에 의해 유발되고, 상기 임펠러 파라미터는 임펠러의 표면 마무리, 임펠러의 영역 상의 하중 및 임펠러 형태의 크기 중 하나 이상을 포함하는 피로 강도 변경 인자를 갖는 임펠러의 응력 특성을 포함하는 원심식 터보 기계.The response is caused by the control system and the impeller parameters include a stress characteristic of the impeller having a fatigue strength modifying factor including at least one of the surface finish of the impeller, the load on the area of the impeller and the size of the impeller shape. Type turbo machine. 제1항에 있어서, 상기 속도 센서는 임펠러를 지지하는 샤프트의 속도를 검출하는 원심식 터보 기계.The centrifugal turbo machine of claim 1, wherein the speed sensor detects a speed of a shaft that supports the impeller. 제1항에 있어서, 상기 온도 센서는 임펠러 출구 부근에 배치되는 원심식 터보 기계.The centrifugal turbomachine of claim 1, wherein the temperature sensor is disposed near an impeller outlet. 제1항에 있어서, 상기 계산 방법론은 팜그렌-마이너 사이클-비율 합산법에 의해 기초하여 이루어지는 원심식 터보 기계.The centrifugal turbomachine of claim 1, wherein the calculation methodology is based on a famgren-minor cycle-ratio summation method. 제1항에 있어서, 상기 계산 방법론은 맨슨의 접근 방안에 기초하여 이루어지 는 원심식 터보 기계.The centrifugal turbomachine of claim 1, wherein the calculation methodology is based on Manson's approach. 제1항에 있어서, 상기 임펠러 파라미터는 임펠러의 재료 특성을 포함하는 원심식 터보 기계.The centrifugal turbo machine of claim 1, wherein the impeller parameters comprise material properties of the impeller. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 임펠러의 응력 특성은 속도의 함수에 따른 최대 임펠러 응력, 온도의 함수에 따른 피로 강도, 응력비, 및 최대 응력에 대한 파손까지의 사이클 중 하나 이상을 포함하는 원심식 터보 기계.The centrifugal turbomachine of claim 1, wherein the stress characteristics of the impeller comprise one or more of cycles from maximum impeller stress as a function of speed, fatigue strength as a function of temperature, stress ratio, and failure to maximum stress. . 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 응답은 경고 표시인 원심식 터보 기계.The centrifugal turbomachine of claim 1, wherein the response is a warning indication. 임펠러의 속도를 모니터하는 단계 a)와,Step a) of monitoring the speed of the impeller, 상기 임펠러와 관련된 온도를 모니터하는 단계 b)와,B) monitoring the temperature associated with said impeller; 상기 임펠러의 속도 및 온도에서의 변화에 따라 상기 임펠러의 잔류 수명을 반복으로 계산하는 단계 c)와,C) iteratively calculating the residual life of the impeller according to the change in speed and temperature of the impeller; 상기 임펠러의 잔류 수명이 한계치에 도달할 때 경고 표시를 생성하는 단계 d)와,D) generating a warning indication when the residual life of the impeller reaches a threshold; 상기 임펠러의 잔류 수명이 한계치에 도달할 때 상기 임펠러 속도의 부적합한 변화를 회피하는 단계 e)를 포함하는 임펠러 잔류 수명 계산 방법.Avoiding an improper change in the impeller speed when the residual life of the impeller reaches a threshold. 삭제delete 제11항에 있어서, 단계 c)는 상기 임펠러의 속도에서의 변화에 의해 생성된 응력 사이클에 대응하는 비율로 잔류 수명을 반복으로 계산하는 임펠러 잔류 수명 계산 방법.12. The method of claim 11 wherein step c) repeats calculating residual life at a rate corresponding to a stress cycle produced by a change in velocity of the impeller. 제13항에 있어서, 단계 c)는 상기 임펠러의 속도에서의 변화에 기인한 상기 임펠러의 수명에서의 변화를 계산하는 임펠러 잔류 수명 계산 방법.14. The method of claim 13 wherein step c) calculates a change in the life of the impeller due to a change in the speed of the impeller. 제11항에 있어서, 단계 c)는 응력비의 함수에 따라 잔류 수명을 계산하는 단계에 따르는 임펠러 잔류 수명 계산 방법.12. The method of claim 11 wherein step c) comprises calculating residual life as a function of stress ratio. 제11항에 있어서, 단계 c)는 상기 임펠러의 최대 설계 응력을 사용하는 임펠러 잔류 수명 계산 방법.12. The method of claim 11 wherein step c) uses the maximum design stress of the impeller. 삭제delete 제11항에 있어서, 임펠러 속도의 부적합한 변화의 회피는 고정 속도에서 임펠러를 작동시키는 단계를 포함하는 임펠러 잔류 수명 계산 방법.12. The method of claim 11 wherein avoiding an inappropriate change in impeller speed comprises operating the impeller at a fixed speed. 제18항에 있어서, 고정 속도는 최대 속도 상태를 포함하는 임펠러 잔류 수명 계산 방법.19. The method of claim 18, wherein the fixed speed comprises a maximum speed condition.
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